Анализ на ключови лазерни параметри за GaAs Stealth Dicing

Теоретичният анализ на лазерните параметри е от решаващо значение за програмата за търсене на процеса и техническите изисквания, невидимото рязане трябва да се основава на свойствата на материала на вафлата, за да се избере подходящата дължина на вълната на лазера, така че лазерът да може да се предава през повърхностния слой на вафлата, образувайки фокусна точка вътре във вафлата (т.нар. полупрозрачна дължина на вълната). Основното условие е енергията на лазерния фотон да е по-малка от забранената зона на поглъщане на GaAs материал, който е оптически прозрачен. Само когато фотоните не се абсорбират от материала или малко количество от него, оптиката ще покаже прозрачни характеристики. Поглъщането на фотони може да предизвика електрони в различни състояния между скоковете, така че електроните от ниско енергийно ниво да скочат към високо енергийно ниво. Силата на поглъщане на светлинна енергия в полупроводниците обикновено се описва с коефициента на поглъщане. Приемайки интензитет на светлината I(x) и коефициент на поглъщане (в cm-1) на единица разстояние, абсорбираната енергия в dx е:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Тогава вътрешният интензитет на светлината на полупроводника може да се изрази като I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
където коефициентът на поглъщане е функция на светлинната енергия, а зависимостта на коефициента на поглъщане от светлинната енергия (дължина на вълната, вълново число или честота) се нарича спектър на поглъщане. Фигура 1 показва спектрите на поглъщане на обикновените полупроводникови материали (напр. Si, Ge, GaAs и др.), дължината на вълната в близост до 0.87 μm Коефициентът на поглъщане на GaAs претърпява драстична промяна поради поглъщането на фотонна енергия от носителите на GaAs, така че да се генерира чрез прескачане от ниско енергийно ниво към високо енергийно ниво. В това отношение лазерен лъч с дължина на вълната, по-къса от 0.87 μm, не може да премине през GaAs пластина, докато дължина на вълната, по-голяма от 0.87 μm, може да премине през GaAs. тази дължина на вълната е границата на дължината на вълната на λ0 за GaAs материали.

Дължината на вълната на светлината, съответстваща на границата на дългата дължина на вълната λ0, определя минималната фотонна енергия, която може да причини присъщо поглъщане в полупроводниците, и съществува честотна граница v 0, съответстваща на честотата. Когато честотата е по-ниска от v 0 (или дължината на вълната е по-дълга от λ0), е невъзможно да се произведе присъща абсорбция и коефициентът на абсорбция намалява бързо и тази дължина на вълната λ{{5} } (или честотната граница v 0) се нарича граница на присъщата абсорбция на полупроводниците.
Дължината на вълната на светлинната вълна, при която може да възникне присъщо поглъщане, е по-малка или равна на забранената честотна лента, тоест:
hν{{0}}Eg=hc/λ0 (3)
Където: например е забранената честотна лента на полупроводникови материали; h е константата на Планк; c е скоростта на светлината. Заместване може да се получи:
λ0=1.24/Напр. (4)
Изчислението може да бъде получено Si граница на дълги вълни λ0 ≈ 1,1 μm, GaAs граница на дълги вълни λ0 ≈ 0.867 μm за триизмерна интеграция на чипа на пластини GaAs, въпреки че дебелината на пластината, съставът на примесите и нейното съдържание на фактори като спектралната абсорбция оказват влияние върху материала GaAs, който основно абсорбира дължини на вълните от 0.87 μm или по-малко, включително дължини на вълните в близост до ултравиолетовите лъчи на светлината и близки инфрачервени дължини на вълните на по-дългата светлина Скоростта на пропускане е по-добра за по-дългите дължини на вълните на близката инфрачервена светлина. Следователно, стелт рязане GaAs материал пластини, обикновено избират дължина на вълната от 1064 nm инфрачервен лазер (лазерното пълно изрязване обикновено избира ултравиолетов лазер); стелт рязане Si материал вафли, обикновено избират дължина на вълната от 1342 nm инфрачервен лазер, така че лазерната светлина през повърхността на вафлата, във фокусиращата леща, като ролята на оптичните институции, вафлата в средата на горната част и долни повърхности на пластината между повърхността на фокусиране на избираемия. В същото време, доколкото е възможно, за да се намали падащата повърхност и лазерният фокус между слоя материал на ефекта на лазерна абсорбция.
GaAs stealth dicing избира ултракъс импулсен инфрачервен лазерен лъч с висока честота на повторение, мощност на лазера по-голяма от 5 W и време на ширина на импулса по-малко от 100 ns, за да компресира енергията на лазерно поглъщане до праговото ниво, за да се получи по-желан ефект от модифициращия слой и за контролиране на засегнатата от топлина област. Коефициентът на абсорбция всъщност нараства експоненциално с повишаване на температурата. Следователно параметърът на ширината на импулса също е много критичен, не е твърде малък, за да се гарантира, че се абсорбира достатъчно енергия в областта на фокусиране, за да се образува модифицираният слой, и не е твърде голям, за да позволи температурата на областта около модифицирания слой да бъде твърде висока . Фигура 2(a) показва пробата на вафла GaAs след невидимо рязане, а Фигура 2(b) показва разреза на пробата на вафла GaAs след невидимо рязане с микроскоп, което показва, че по посока на дебелината на пробата с дебелина 100 μm, a няколко микрометра широк и 30 μm дебел модификационен слой се образува в средния слой на пластината. От Фиг. 16 (b) може да се наблюдава вертикална линия на пукнатини, простираща се от горната и долната част на слоя SD до предната и задната повърхност на чипа. Ефектът на отделяне на чипа зависи до голяма степен от това доколко тази вертикална пукнатина се простира до предната и задната повърхност на чипа.